Td corrigé specialite - Raymond Rodriguez pdf

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PARTIE II - Exercice 2 (6 points)

Diversité et complémentarité des métabolismes

Métabolisme des hématies

À partir de la mise en relation des documents proposés, associée à vos connaissances, déterminez les mécanismes par lesquels les hématies des vertébrés renouvellent l’ATP nécessaire à leur fonctionnement.

Bac blanc 2003-2

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PARTIE II - Exercice 2 DOCUMENT 1

Quelques données sur les hématies de l’Homme et du Poulet

● Les hématies (ou globules rouges) des vertébrés sont plus riches en ions K

⁺

et plus pauvres en ions Na

⁺

que le milieu dans lequel elles baignent (le plasma). Ces différences de concentration sont créées et entretenues grâce au fonctionnement, consommateur d’ATP, de « pompes sodium-potassium » situées au sein des membranes cellulaires. Tout arrêt du fonctionnement de ces pompes entraîne une baisse de concentration intracellulaire des ions K

⁺

et une hausse de celle des ions Na

⁺

.

● Les hématies humaines fonctionnelles sont de simples « poches d’hémoglobine » qui ne possèdent pas d’organites. En particulier elles ne contiennent pas de mitochondries. En revanche, les hématies fonctionnelles de Poulet possèdent des mitochondries.

DOCUMENT 2

Effet de la conservation des hématies au froid

Concentrations intracellulaires d’ions Na

⁺

et K

⁺

dans les hématies avant et après stockage à 4°C pendant 7 jours dans du plasma.

Hématies humaines Hématies de Poulet

Na

⁺

K

⁺

Na

⁺

K

⁺

Avant stockage

maintien à 37°C 19 136 18 150

Après stockage au

froid 72 88 64 93

Concentrations exprimées en mmol.L

^-1

.

DOCUMENT 3

Action de divers métabolites sur les hématies

Concentrations d’ions Na

⁺

et K

⁺

dans des hématies d’abord conservées à 4°C pendant 7 jours dans du plasma puis placées à 37°C dans un milieu ayant les mêmes concentrations en ions Na

⁺

et K

⁺

que le plasma plus un métabolite ou non.

Hématies Humaines Hématies de Poulet Composition du milieu à 37°C Na

⁺

K

⁺

Na

⁺

K

⁺

a Milieu minimum sans glucose * 91 64 57 106

b Milieu minimum + glucose 35 126 36 124

c Milieu minimum + glucose

+ inhibiteur de la glycolyse 95 68 77 85

d Milieu minimum + pyruvate 92 63 34 129

e Milieu minimum + pyruvate

+ inhibiteur de la glycolyse 93 64 43 117

Concentrations exprimées en mmol.L

^-1

et mesurées après 18 h d’incubation dans le milieu.

* Les hématies de Poulet ont des « réserves » de glucose que ne possèdent pas les hématies humaines.

Hatier p. 80.

Éléments de correction Document 1.

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RR - tempfile_13114.doc - 09/04/04 - 3/4 Purement informatif, il n’appelle pas d’exploitation particulière. Ses données sont seulement mises en relation avec celles des autres documents.

Document 2 et mise en relation doc. 1- doc. 2

  Le froid entraîne une diminution de l’activité enzymatique mais ne détruit pas les enzymes (connaissance de 1°S).

Au froid, l’augmentation de la concentration intracellulaire de Na⁺ et la diminution de celle de K⁺ traduisent l’arrêt de la production d’ATP (document 1).

Chez l’homme et le Poulet la production d’ATP dépend de réactions enzymatiques (bilan). Chez l’Homme et le Poulet les concentrations de Na⁺ et de K⁺ sont du même ordre de grandeur.

Document 3 et mise en relation doc. 1-doc. 2-doc. 3

  Glucose (a et b) concentrations ioniques comparées au doc.2.

Sans glucose les hématies ne produisent pas d’ATP.

Les hématies de Poulet sont moins sensibles au manque d’ATP que les hématies humaines car elles possèdent des réserves de glucose.

Le glucose est le substrat énergétique commun permettant de produire de l’ATP.

  Glycolyse (a et c)

Un inhibiteur de la glycolyse empêche l’utilisation du glucose.

Le Poulet ne peut pas utiliser ses réserves de glucose.

La glycolyse permet d’oxyder le glucose en pyruvate avec production d’ATP.

  Pyruvate (d et e)

Les hématies de Poulet peuvent utiliser le pyruvate pour produire de l’ATP grâce aux mitochondries. Ells ne sont pas sensibles à l’inhibiteur de la glycolyse si on leur fournit du pyruvate.

Les hématies humaines en sont incapables.

Détermination du mécanisme

  Les hématies humaines fermentent

Transforment le glucose en acide pyruvique (glycolyse) dans le hyaloplasme.

La glycolyse libère de l’ATP.

Le pyruvate n’est pas utilisé comme substrat énergétique, il y a fermentation.

  Les hématies de Poulet respirent

Transforment le glucose en acide pyruvique (glycolyse) dans le hyaloplasme.

La glycolyse libère de l’ATP.

Les mitochondries utilisent l’acide pyruvique et produisent à nouveau de l’ATP, il y a respiration.

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Spécialité SVT

Éléments de correction du bac blanc n°2

L’ATP (adénosine triphosphate) est un intermédiaire énergétique indispensable au fonctionnement des pompes sodium-potassium de la membrane des hématies. Ces pompes entretiennent un déséquilibre dans la répartition des ions de part et d’autre de la membrane. Un déficit en ATP entraîne un arrêt du fonctionnement des pompes et laisse s’installer une égalité de concentration ionique (doc. 1).

MISE EN RELATION DES DOCUMENTS 1. Rôle de la température

À 37°C les mesures de concentrations en ions Na⁺ et K⁺ représentent les valeurs témoins (doc. 2). Elles sont du même ordre de grandeur chez l’Homme et le Poulet.

À 4°C l’augmentation de la concentration intracellulaire des ions Na⁺ (de 19 à 72 mmol.L^-1 chez l’Homme et passage de 18 à 64 mmol.L^-1 chez le Poulet) et la diminution de celle des ions K⁺ (passage de 138 à 88 mmol.L^-1 chez l’Homme et de 150 à 93 mmol.L^-1 chez le Poulet) traduisent un arrêt ou un ralentissement du fonctionnement pompes sodium-potassium.

Cet événement peut être attribué à un arrêt ou un ralentissement de la fourniture d’ATP aux pompes.

On sait que les basses températures ralentissant la vitesse des réactions enzymatiques sans pour autant les dénaturer (à la différence d’une trop forte température).

On peut en conclure que :

- le froid (4°C) inhibe la production d’ATP ;

- la production d’ATP est catalysée par des enzymes ; - le retour à une température optimale (37°C) permet la reprise de l’activité enzymatique (doc. 3).

2. Rôle des métabolites

Une expérience scientifique reposant sur des mesures doit toujours comparer une situation témoin (= de référence) et une situation expérimentale différant par un seul paramètre.

Comparaison 3a et 3b

Chez l’Homme le manque de glucose dans le milieu extracellulaire provoque un arrêt du fonctionnement des pompes sodium-potassium (la situation a est comparable à la situation à 4°C du document 2).

Le phénomène ne s’observe pas chez le Poulet (maintien du déséquilibre de concentrations) car ses hématies possèdent des réserves de glucose.

Chez l’Homme et le Poulet le glucose est le substrat énergétique (molécule organique réduite) qui est l’origine de la synthèse d’ATP.

Comparaison 3b et 3c

La glycolyse est une série de réactions enzymatiques qui aboutissent à l’oxydation d’une molécule de glucose en deux molécules d’acide pyruvique (= pyruvate in vivo).

Cela a deux conséquences :

- les e^- et les H⁺ libérés par la réaction sont pris en charge par des coenzymes oxydés R’ (accepteurs d’électrons) qui passent à l’état réduit, il y a formation de 2 R’H2 ;

- l’énergie libérée par la réaction permet la synthèse de deux molécules d’ATP par molécule de glucose oxydée.

Aussi bien chez l’Homme que chez le Poulet un arrêt de la glycolyse entraîne un arrêt de la production d’ATP qui se manifeste par arrêt du fonctionnement des pompes sodium- potassium.

Les deux types d’hématies utilisent donc la glycolyse pour oxyder le glucose et produire de l’ATP nécessaire au fonctionnement des pompes Na⁺/K⁺. Cette réaction lieu dans le hyaloplasme (elle ne nécessite pas de mitochondrie).

Comparaison 3a et 3d

Chez le Poulet, le pyruvate permet le maintien du déséquilibre de concentration des ions sodium et potassium.

Le pyruvate leur permet de produire de l’ATP par respiration. Il s’agit d’une série de réactions enzymatiques qui se déroulent dans les mitochondries.

Cela a plusieurs conséquences :

- le produit final de l’oxydation est le CO2 (carbone entièrement oxydé) ;

- les e^- et les H⁺ libérés par cette oxydation sont pris en charge par des coenzymes oxydées R’

(accepteurs d’électrons) qui passent à l’état réduit, il y a formation de 10 R’H2 qui s’ajoutent aux deux issus de la glycolyse ;

- la réoxydation des 12 R’H2 permet la synthèse de 32 molécules d’ATP à partir de 2 molécules d’acide pyruvique (chaînes d’oxydoréduction de la membrane interne des mitochondries) ;

- le dioxygène est l’accepteur final des e^- et des H⁺ il y a formation d’eau.

Chez le Poulet, dans les mitochondries, la respiration permet l’oxydation complète du pyruvate en dioxyde de carbone. Cela permet la synthèse de nombreuses molécules d’ATP.

Les hématies humaines, qui ne possèdent pas de mitochondries, ne réalisent pas la respiration. Le pyruvate ne leur permet pas de réaliser la synthèse d’ATP.

Les hématies humaines réalisent une fermentation qui correspond à une simple réoxydation des transporteurs réduits issus de la glycolyse sans nouvelle production d’ATP.

Comparaison 3d et 3e

La présence d’un inhibiteur de la glycolyse n’empêche pas les mitochondries des hématies de Poulet de produire de l’ATP car elles peuvent directement utiliser le pyruvate qui leur est fourni en lieu et place de celui qu’elles pourraient produire à partir de glucose.

En revanche les hématies humaines ne peuvent toujours pas produire d’ATP car elles sont incapables d’utiliser le pyruvate.

CONCLUSION

Les hématies humaines produisent de l’ATP par fermentation alors que les hématies de Poulet produisent de l’ATP par respiration.

C6 H

12 O

6 + 2 R' 2 C H

3 CO COOH + 2 R'H

2

2 ADP + 2 Pi 2 ATP